Юный техник, 2010 № 06

Журнал Юный техник

Стрелочный или цифровой?Допустим, настраиваете вы радиоприемник, подсоединив вольтметр к его выходу и имея задачу получить максимум напряжения сигнала. По стрелке ясно видно, растет напряжение или падает. А на цифровой шкале — сплошное мелькание многозначных чисел, и вы непрерывно решаете: последующее показание больше предыдущего или меньше? Получается не настройка, а мученье. Возразят: у цифрового прибора больше точность!

А нужна вам она? Допуск на номиналы радиодеталей (резисторов, конденсаторов) составляет 10…20 %, редко 5 %, а уж детали с допуском 1…2 % встречаются довольно редко и считаются прецизионными (особо точными). Такие же отклонения допустимы и в режимах транзисторов, и в питающих напряжениях, поэтому точности измерения в 5… 10 % вам более чем достаточно. В то же время цифровой тестер,

показанный на фото, дает точность выше 0,1 % (ошибка на единицу в третьем-четвертом знаке). А для работы ему нужна батарейка, и прибор надо не забывать выключать, чтобы не разрядить ее. Вот и судите…

Заодно на снимке показаны и необходимые вам инструменты: кусачки-бокорезы, пассатижи-утконосы и миниатюрная отвертка. Но ближе к делу.

В основе измерений лежит закон Ома, который радиолюбителю надо знать, как «Отче наш». Вообще-то вы о нем можете прочитать в любом школьном учебнике физики. Для облегчения запоминания предлагаю такую форму:

Здесь U— напряжение в вольтах, I— ток в амперах и R— сопротивление в омах. Допустимо брать ток в миллиамперах, тогда сопротивление будет в килоомах. Закройте пальцем знак величины, которую надо найти, и прочитайте ответ. Например, U = I•R. Или: I = U/R. Наверное, вы уже заподозрили, что, зная закон Ома, совсем не обязательно измерять все три величины — вполне достаточно двух, а третья вычисляется. Это действительно так, и чаще всего приходится пользоваться вольтметром. С него и начнем.

Вольтметры. Прикоснувшись выводами вольтметра к выводам какого-либо резистора, включенного в работающем устройстве, вы измеряете падение напряжения на нем — U. А сопротивление резистора Rобычно известно — написано на его корпусе. Теперь вы знаете все. Например, напряжение на резисторе 1 кОм составило 5 В, значит, ток через этот резистор равен 5 мА.

Вольтметр хорош тем, что он не требует изменений в работающем устройстве — ничего не надо отпаивать или отсоединять. Но он и не должен нарушать работы устройства, следовательно, ток через вольтметр должен быть пренебрежимо мал по сравнению с током в измеряемой цепи. Значит, вольтметр должен быть высокоомным устройством. Внутреннее сопротивление вольтметра не часто указывают в его инструкции, и для цифрового прибора (на фото), имеющегося у автора, пришлось определить его экспериментально. Оно оказалось равным 1 МОм на всех пределах измерения постоянного напряжения. Много это или мало? Смотря в каком случае — в приведенном примере при напряжении 5 В ток через вольтметр составит 5 мкА, что в тысячу раз меньше тока в цепи, и практически никакой погрешности прибор не внесет. А если вы измеряете падение напряжения на мегаомном резисторе, погрешность будет очень большая.

Сейчас в обиходе почти исключительно приборы (измерительные головки) магнитоэлектрической системы (рис. 1). В них имеется постоянный магнит 1с полюсными наконечниками 2и сердечником 3, между которыми создается однородное магнитное поле. В нем может поворачиваться рамка 4с обмоткой из многих витков тонкого провода, закрепленная на оси 5. Ток в рамку подается через спиральные пружинки 6, создающие момент, противодействующий повороту рамки. С осью соединена стрелка 7с противовесами 8, сбалансированными так, чтобы стрелка не отклонялась при поворотах и наклонах всего прибора.

В современных малогабаритных приборах подковообразные магниты уже не используют, а намагничивают неподвижную арматуру 2и 3.

Достоинство головок магнитоэлектрической системы в том, что вращающий момент, действующий на рамку, прямо пропорционален току через нее. Поэтому шкала прибора получается линейной. Головку можно характеризовать двумя параметрами: током полного отклонения I ₀и сопротивлением обмотки рамки R ₀.

По закону Ома можно сосчитать и напряжение, прикладываемое к головке для полного отклонения стрелки. Но пока это еще не вольтметр и не амперметр, чтобы их построить, нужны добавочные сопротивления и шунты. Да и головки бывают разные — у одних рамка намотана очень тонким проводом и содержит много витков, у других — более толстым, а витков в ней меньше. Для вольтметров лучше подходят первые, с минимальным током полного отклонения. Хорошие вольтметры получаются из головок с I ₀= 50 мкА, а самая чувствительная головка, которую я держал в руках, имела ток полного отклонения 10 мкА! В любом случае ток, потребляемый вольтметром от измеряемой цепи, будет равен току, проходящему через головку.

Если мы хотим построить многопредельный вольтметр, нужно использовать несколько добавочных сопротивлений, по числу пределов. Их можно переключать обычным поворотным переключателем, как в тестерах. Но можно поступить и проще, сделав несколько гнезд, по числу пределов измерения, и переставляя щуп в нужное гнездо (рис. 2).

Нулевое гнездо Гн ₀— общее, его обычно соединяют с отрицательным выводом головки и вставляют в него щуп с проводом черного цвета. В большинстве устройств «минус» питания соединен с общим проводом, и сюда же подключают этот щуп. Рядом с общим гнездом размещают самое высоковольтное гнездо Гн ₄, а дальше всех — самое низковольтное Гн ₁. Гнезд и соответственно добавочных резисторов может быть и гораздо больше.

В.ПОЛЯКОВ, профессор

(Окончание следует)

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос — ответ

Говорят, что теперь к армии мальчиков начнут готовить с 10-летнего возраста. Не слишком ли рано?

А. К. Семенова, мама будущего призывника,

Москва

Недавно правительство России утвердило Концепцию федеральной системы подготовки граждан к военной службе до 2020 года. Документ предлагает создать банк данных на всех допризывников, завести на каждого электронный паспорт и заносить в него данные о всех болезнях, начиная с 10-летнего возраста.

Официальная цель: следить за здоровьем подрастающего поколения, чтобы к 2016 году 80 процентов мальчишек были годны к строевой службе, а к 2020-му — все 90 процентов!

Для справки: сейчас половина потенциальных защитников Родины не может служить в армии по состоянию здоровья.

После землетрясения на Гаити спасателям удалось найти живым мужчину, который провел под завалами 27 суток. Как ему удалось выжить?

Игорь Ипатов,

г. Ставрополь

По словам Дмитрия Колесникова, президента Школы выживания, мужчине повезло, поскольку рядом с ним под завалами оказалась полость, куда собиралась дождевая вода. Кроме того, на Гаити тропический климат, так что человеку не грозила опасность замерзнуть. И сам он тоже оказался на высоте положения. В таких случаях первое — не впадать в панику.